CN108779617B - 作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆 - Google Patents

Abstract

作业车辆的控制系统具备：当前地形取得装置、存储装置、控制装置。当前地形取得装置取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息。存储装置储存表示作业对象的最终设计地形的设计地形信息。控制装置从当前地形取得装置取得当前地形信息。控制装置从存储装置取得设计地形信息。控制装置决定位于比当前地形靠上方、且位于比最终设计地形靠下方的中间设计地形。控制装置基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。中间设计地形包含在作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面。在至少两个以上的中间设计面中，中间设计面的倾斜角度互不相同。

Description

作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆

技术领域

本发明涉及作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆。

背景技术

以往，在推土机或机动平路机等作业车辆中，提出有对工作装置的位置进行自动调节的自动控制。例如，专利文献1中，公开有挖掘控制和整地控制。

挖掘控制中，自动调节刮板的位置，以使刮板的负载与目标负载一致。整地控制中，自动调节刮板的位置，以使刮板的刃口末端沿着表示挖掘对象的目标形状的设计地形移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特许第5247939号公报

发明内容

发明所要解决的课题

就由作业车辆进行的作业而言，除挖掘作业以外，还有填土作业。填土作业中，作业车辆通过工作装置从切土部将土切出。然后，作业车辆将切出的土填到规定位置的同时，在其上行走，从而将所填的土夯实。由此，例如，能够填补凹陷的地形，将其形成为平坦的形状。

但是，上述的自动控制中，难以进行良好的填土作业。例如，如图20所示，整地控制中，自动调节刮板的位置，以使刮板的刃口末端200沿着设计地形100移动。因此，通过整地控制进行填土作业时，如图20中由虚线所示，大量的土将一下子填到作业车辆300的跟前的位置。该情况下，所填的土的厚度大，故而难以将所填的土夯实。因此，存在作业的完工品质降低之类的问题。

另外，作业车辆在倾斜陡峭的当前地形上行走时，存在作业车辆的姿态骤然改变的情况。例如，在越过坡顶或坡脚那样倾斜角度大幅变化的场所时，作业车辆的姿态大幅变化。该情况下，工作装置相对于姿态骤然变化的跟随延迟，存在作业的完工品质下降之类的问题。为了防止品质的下降，考虑在越过倾斜角度大幅变化的场所时，使作业车辆充分地减速。但是，该情况下，存在作业效率下降之类的问题。

本发明的课题在于，提供能够通过自动控制来进行高效且完工品质佳的填土作业的作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆。

用于解决课题的技术方案

第一方面的作业车辆的控制系统具备：当前地形取得装置、存储装置、控制装置。当前地形取得装置取得当前地形信息，该当前地形信息表示作业对象的当前地形。存储装置储存设计地形信息，该设计地形信息表示作业对象的目标地形即最终设计地形。控制装置从当前地形取得装置取得当前地形信息。控制装置从存储装置取得设计地形信息。控制装置决定位于比当前地形靠上方、且位于比最终设计地形靠下方的中间设计地形。控制装置基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。中间设计地形包含在作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面。在至少两个以上的中间设计面中，中间设计面的倾斜角度互不相同。

第二方面的作业车辆的控制方法包括以下的步骤。第一步骤中，取得当前地形信息。当前地形信息表示作业对象的当前地形。第二步骤中，取得设计地形信息。设计地形信息表示作业对象的目标形状即最终设计地形。第三步骤中，决定位于比当前地形靠上方、且位于比最终设计地形靠下方的中间设计地形。第四步骤中，基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。中间设计地形包含在作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面。在至少两个以上的中间设计面中，中间设计面的倾斜角度互不相同。

第三方面的作业车辆具备工作装置和控制装置。控制装置取得当前地形信息。当前地形信息表示作业对象的当前地形。控制装置取得设计地形信息。设计地形信息表示作业对象的最终设计地形。控制装置决定位于比当前地形靠上方、且位于比最终设计地形靠下方的中间设计地形。控制装置基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。中间设计地形包含在作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面。在至少两个以上的中间设计面中，中间设计面的倾斜角度互不相同。

发明效果

根据本发明，基于比最终设计地形靠下方的中间设计地形，控制工作装置。因此，与工作装置沿着最终设计地形进行移动的情况相比，能够将土较薄地填到当前地形上。由此，能够容易通过作业车辆而将所填的土夯实，能够提升作业的完工品质。

另外，在至少两个以上的中间设计面中，中间设计面的倾斜角度互不相同。从而能够容易生成平缓地倾斜的中间设计地形。因此，能够抑制作业车辆的姿态的骤变。由此，能够抑制作业车辆不必要的减速，能够提升作业的效率。

附图说明

图1是表示实施方式的作业车辆的侧视图；

图2是表示作业车辆的驱动系和控制系统的结构的框图；

图3是表示作业车辆的结构的示意图；

图4是表示填土作业的当前地形、最终设计地形和中间设计地形的一例的图；

图5是表示填土作业的工作装置的自动控制处理的流程图；

图6是表示当前地形信息的一例的图；

图7是表示用于决定中间设计地形的处理的流程图；

图8是表示用于决定底高的处理的图；

图9是表示第一上限高度、第一下限高度、第二上限高度及第二下限高度的图；

图10是表示用于决定中间设计地形的俯仰角的处理的流程图；

图11是表示用于决定第一上限角度的处理的图；

图12是表示用于决定第一下限角度的处理的图；

图13是表示用于决定最短距离角度的处理的图；

图14是表示用于决定最短距离角度的处理的图；

图15是表示用于决定最短距离角度的处理的图；

图16是表示第一变形例的中间设计地形的图；

图17是表示第二变形例的中间设计地形的图；

图18是表示另一实施方式的控制系统的结构的框图；

图19是表示另一实施方式的控制系统的结构的框图；

图20是表示基于现有技术的填土作业的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的作业车辆进行说明。图1是表示实施方式的作业车辆1的侧视图。本实施方式的作业车辆1是推土机。作业车辆1具备：车身11、行走装置12、工作装置13。

车身11具有驾驶室14和发动机室15。在驾驶室14配置有未图示的驾驶座。发动机室15配置于驾驶室14的前方。行走装置12安装于车身11的下部。行走装置12具有左右一对的履带16。需要说明的是，图1中，仅图示左侧的履带16。履带16旋转，由此，作业车辆1行走。

工作装置13安装于车身11。工作装置13具有：提升架17、刮板18、提升油缸19、角度油缸20、倾斜油缸21。

提升架17以沿车宽方向延伸的轴线X为中心可上下动作地安装于车身11。提升架17支承刮板18。刮板18配置于车身11的前方。刮板18随着提升架17的上下运动而上下移动。

提升油缸19连结于车身11和提升架17。提升油缸19伸缩，由此，提升架17以轴线X为中心上下旋转。

角度油缸20连结于提升架17和刮板18。角度油缸20伸缩，由此，刮板18以大致沿上下方向延伸的轴线Y为中心旋转。

倾斜油缸21连结于提升架17和刮板18。倾斜油缸21伸缩，由此，刮板18以大致沿车辆前后方向延伸的轴线Z为中心旋转。

图2是表示作业车辆1的驱动系2和控制系统3的结构的框图。如图2所示，驱动系2具备：发动机22、油泵23、传动装置24。

油泵23由发动机22驱动，将液压油排出。从油泵23排出的液压油供给到提升油缸19、角度油缸20和倾斜油缸21。需要说明的是，图2中，图示有一个油泵23，但也可以设有多个油泵。

传动装置24将发动机22的驱动力传递到行走装置12。传动装置24例如可以是HST(静液压传动装置，Hydro Static Transmission)。或者，传动装置24例如也可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。

控制系统3具备：操作装置25、控制装置26、控制阀27。操作装置25是用于对工作装置13及行走装置12进行操作的装置。操作装置25配置于驾驶室14。操作装置25接收操作人员用于驱动工作装置13及行走装置12的操作，输出与操作相应的操作信号。操作装置25例如包括操作杆、踏板、开关等。

控制装置26被编程，以基于取得的信息来控制作业车辆1。控制装置26例如包括CPU等处理装置。控制装置26从操作装置25取得操作信号。控制装置26基于操作信号来控制控制阀27。需要说明的是，控制装置26不限于一体式，也可以分成多个控制装置。

控制阀27是比例控制阀，由来自控制装置26的指令信号被控制。控制阀27配置于提升油缸19、角度油缸20、倾斜油缸21等液压执行机构、与油泵23之间。控制阀27控制从油泵23向提升油缸19、角度油缸20、倾斜油缸21供给的液压油的流量。控制装置26生成向控制阀27的指令信号，以使工作装置13根据上述的操作装置25的操作而动作。由此，提升油缸19、角度油缸20、倾斜油缸21根据操作装置25的操作量被控制。需要说明的是，控制阀27也可以是压力比例控制阀。或者，控制阀27还可以是电磁比例控制阀。

控制系统3具备提升油缸传感器29。提升油缸传感器29检测提升油缸19的行程长度(以下，称为“提升油缸长L”)。如图3所示，控制装置26基于提升油缸长L来算出刮板18的提升角θlift。图3是表示作业车辆1的结构的示意图。

图3中，工作装置13的原点位置以双点划线表示。工作装置13的原点位置是在水平的地面上刮板18的刃口末端接触到地面的状态下的刮板18的位置。提升角θlift是从工作装置13的原点位置起的角度。

如图2所示，控制系统3具备位置检测装置31。位置检测装置31检测作业车辆1的位置。位置检测装置31具备GNSS接收机32和IMU 33。GNSS接收机32配置于驾驶室14上。GNSS接收机32例如是GPS(Global Positioning System)用的天线。GNSS接收机32接收车身位置信息，该车身位置信息表示作业车辆1的位置。控制装置26从GNSS接收机32取得车身位置信息。

IMU 33是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU 33取得车身倾斜角信息。车身倾斜角信息表示车辆前后方向相对于水平的角度(俯仰角)、及车辆横向相对于水平的角度(侧倾角)。IMU 33将车身倾斜角信息发送到控制装置26。控制装置26从IMU 33取得车身倾斜角信息。

控制装置26根据提升油缸长L、车身位置信息和车身倾斜角信息，运算刃口末端位置P1。如图3所示，控制装置26基于车身位置信息，算出GNSS接收机32的世界坐标。控制装置26基于提升油缸长L，算出提升角θlift。控制装置26基于提升角θlift和车身尺寸信息，算出刃口末端位置P1相对于GNSS接收机32的本地坐标。车身尺寸信息储存在存储装置28，表示工作装置13相对于GNSS接收机32的位置。控制装置26基于GNSS接收机32的世界坐标、刃口末端位置P1的本地坐标、和车身倾斜角信息，算出刃口末端位置P1的世界坐标。控制装置26取得刃口末端位置P1的世界坐标作为刃口末端位置信息。

如图2所示，控制系统3具备土量取得装置34。土量取得装置34取得土量信息，该土量信息表示工作装置13的保有土量。土量取得装置34生成表示土量信息的土量信号，发送到控制装置26。在本实施方式中，土量信息是表示作业车辆1的牵引力的信息。控制装置26根据作业车辆1的牵引力算出保有土量。例如，具备HST的作业车辆1中，土量取得装置34是检测向HST的液压马达供给的液压(驱动液压)的传感器。该情况下，控制装置26根据驱动液压算出牵引力，并根据算出的牵引力来算出保有土量。

或者，土量取得装置34也可以是对当前地形的变化进行检测的测量装置。该情况下，也可以是，控制装置26根据当前地形的变化来算出保有土量。或者，土量取得装置34还可以是取得由工作装置13搬运的土的图像信息的摄像头。该情况下，还可以是，控制装置26根据图像信息来算出保有土量。

控制系统3具备存储装置28。存储装置28例如包括存储器和辅助存储装置。存储装置28例如也可以是RAM或ROM等。存储装置28也可以是半导体存储器或硬盘等。

存储装置28储存设计地形信息。设计地形信息表示最终设计地形的位置及形状。最终设计地形是作业现场的作业对象的目标地形。控制装置26取得当前地形信息。当前地形信息表示作业现场的作业对象的当前地形的位置及形状。控制装置26基于当前地形信息、设计地形信息和刃口末端位置信息，自动地控制工作装置13。

以下，对由控制装置26执行的、填土作业中的工作装置13的自动控制进行说明。图4是表示最终设计地形60、位于最终设计地形60的下方的当前地形50的一例的图。填土作业中，作业车辆1形成为，向位于最终设计地形60的下方的当前地形50上填土并将其夯实，从而作业对象成为最终设计地形60。

控制装置26取得表示当前地形50的当前地形信息。例如，控制装置26取得表示刃口末端位置P1的轨迹的位置信息作为当前地形信息。因此，位置检测装置31起到取得当前地形信息的当前地形取得装置的功能。

或者，也可以是，控制装置26根据车身位置信息和车身尺寸信息，算出履带16的底面的位置，并取得表示履带16的底面的轨迹的位置信息作为当前地形信息。又或者，也可以是，当前地形信息也可以根据由作业车辆1外部的测量装置测量得到的测量数据来生成。还或者，也可以是，通过摄像头来拍摄当前地形50，并根据由照相机得到的图像数据来生成当前地形信息。

如图4所示，本实施方式中，最终设计地形60水平且平坦。但是，最终设计地形60的一部分或全部也可以倾斜。需要说明的是，图4中，－d2至0的范围内的最终设计地形的高度等于当前地形50的高度。

控制装置26决定位于当前地形50与最终设计地形60之间的中间设计地形70。需要说明的是，图4中，多个中间设计地形70以虚线来表示，但仅对其一部分标注标记“70”。如图4所示，中间设计地形70位于比当前地形50靠上方、且比最终设计地形60靠下方的位置。控制装置26基于当前地形信息、设计地形信息和土量信息，来决定中间设计地形70。

中间设计地形70设定在当前地形50上方规定距离D1的位置。控制装置26每当更新当前地形50时，在更新后的当前地形50上方规定距离D1的位置决定下一中间设计地形70。由此，如图4所示，生成层叠于当前地形50之上的多个中间设计地形70。后文将详细说明用于决定中间设计地形70的处理。

控制装置26基于表示中间设计地形70的中间地形信息、和表示刃口末端位置P1的刃口末端位置信息，控制工作装置13。详细来说，控制装置26生成向工作装置13的指令信号，以使工作装置13的刃口末端位置P1沿着中间设计地形70移动。

图5是表示填土作业的工作装置13的自动控制的处理的流程图。如图5所示，步骤S101中，控制装置26取得当前位置信息。如图6所示，控制装置26取得如下信息作为当前位置信息：上次决定的基准位置P0之前一个中间设计面70_－1的高度Hm_－1、和中间设计面70_－1的俯仰角θm_－1。

但是，在填土作业的初始状态下，控制装置26取得基准位置P0之前一个当前面50_－1的高度，来代替上次决定的基准位置P0之前一个中间设计地形70_－1的高度Hm_－1。在填土作业的初始状态下，控制装置26取得基准位置P0之前一个当前面50_－1的俯仰角，来代替基准位置P0之前一个中间设计地形70_－1的俯仰角θm_－1。填土作业的初始状态例如是作业车辆1从后退切换到前进时。

步骤S102中，控制装置26取得当前地形信息。如图6所示，当前地形50包括在作业车辆1的行进方向上从规定的基准位置P0起以规定间隔d1为单位分割而成的多个当前面50_1～50_10。基准位置P0例如是在作业车辆1的行进方向上当前地形50开始成为比最终设计地形60靠下方的位置。换句话说，基准位置P0是如下位置：在作业车辆1的行进方向上，当前地形50的高度开始低于最终设计地形60的高度。或者，基准位置P0是作业车辆1前方规定距离的位置。又或者，基准位置P0是作业车辆1的刃口末端P1的当前位置。又或者，基准位置P0也可以是当前地形50的坡顶的位置。需要说明的是，在图6中，纵轴表示地形的高度，横轴表示距基准位置P0的距离。

当前地形信息包括在作业车辆1的行进方向上从基准位置P0起每隔规定间隔d1的当前面50_1～50_10的位置信息。即，当前地形信息包括从基准位置P0起向前方直到规定距离d10为止的当前面50_1～50_10的位置信息。

如图6所示，控制装置26取得当前面50_1～50_10的高度Ha_1～Ha_10作为当前地形信息。需要说明的是，本实施方式中，作为当前地形信息而取得的当前面，其到前10个当前面为止，但既可以少于10个，也可以多于10个。

步骤S103中，控制装置26取得设计地形信息。如图6所示，最终设计地形60包括多个最终设计面60_1～60_10。因此，设计地形信息包括在作业车辆1的行进方向上每隔规定间隔d1的最终设计面60_1～60_10的位置信息。即，设计地形信息包括从基准位置P0起向前方直到规定距离d10为止的最终设计面60_1～60_10的位置信息。

如图6所示，控制装置26取得最终设计面60_1～60_10的高度Hf_1～Hf_10作为设计地形信息。需要说明的是，本实施方式中，作为设计地形信息而取得的最终设计面的数量是10个，但既可以少于10个，也可以多于10个。

步骤S104中，控制装置26取得土量信息。这里，控制装置26取得当前的保有土量Vs_0。保有土量Vs_0例如以与刮板18的容量之比来表示。

步骤S105中，控制装置26决定中间设计地形70。控制装置26根据当前地形信息、设计地形信息、土量信息和当前位置信息，决定中间设计地形70。以下，对用于决定中间设计地形70的处理进行说明。

图7是表示用于决定中间设计地形70的处理的流程图。步骤S201中，控制装置26决定底高Hbottom。这里，以底下土量与保有土量一致的方式，控制装置26决定底高Hbottom。

如图8所示，底下土量表示在底高Hbottom的下方且在当前面50的上方所填的土量。例如，控制装置26根据底下长度Lb_4～Lb_10的总和与规定距离d1的乘积、和保有土量，算出底高Hbottom。底下长度Lb_4～Lb_10是从当前地形50向上方到底高Hbottom为止的距离。

步骤S202中，控制装置26决定第一上限高度Hup1。第一上限高度Hup1规定的是中间设计地形70的高度的上限。但是，也可以根据其他的条件，来决定位于比第一上限高度Hup1靠上方的中间设计地形70。第一上限高度Hup1由下式1规定。

[式1]

Hup1＝MIN(最终设计地形，当前地形+D1)

因此，如图9所示，第一上限高度Hup1位于最终设计地形60的下方，且位于当前地形50上方规定距离D1的位置。规定距离D1优选为如下程度的填土的厚度：作业车辆1在所填的土之上行走一次而能够将所填的土适当地夯实的程度。

步骤S203中，控制装置26决定第一下限高度Hlow1。第一下限高度Hlow1规定是的中间设计地形70的高度的下限。但是，也可以根据其他的条件，来决定位于比第一下限高度Hlow1靠下方的中间设计地形70。第一下限高度Hlow1由下式2规定。

[式2]

Hlow1＝MIN(最终设计地形，MAX(当前地形，底))

因此，如图9所示，在当前地形50位于比最终设计地形60靠下方、且位于比上述的底高Hbottom靠上方时，第一下限高度Hlow1与当前地形50一致。另外，在底高Hbottom位于比最终设计地形60靠下方、且位于比当前地形50靠上方时，第一下限高度Hlow1与底高Hbottom一致。

步骤204中，控制装置26决定第二上限高度Hup2。第二上限高度Hup2规定的是中间设计地形70的高度的上限。第二上限高度Hup2由下式3规定。

[式3]

Hup2＝MIN(最终设计地形，MAX(当前地形+D2，底))

因此，如图9所示，第二上限高度Hup2位于比最终设计地形60靠下方，且位于当前地形50上方规定距离D2的位置。规定距离D2大于规定距离D1。

步骤S205中，控制装置26决定第二下限高度Hlow2。第二下限高度Hlow2规定的是中间设计地形70的高度的下限。第二下限高度Hlow2由下式4决定。

[式4]

Hlow2＝MIN(最终设计地形－D3，MAX(当前地形－D3，底))

因此，如图9所示，第二下限高度Hlow2位于当前地形50下方规定距离D3的位置。第二下限高度Hlow2位于第一下限高度Hlow1下方规定距离D3的位置。

步骤S206中，控制装置26决定中间设计地形的俯仰角。如图4所示，中间设计地形包括以规定距离d1为单位分割而成的多个中间设计面70_1～70_10。控制装置26对多个中间设计面70_1～70_10中的每一个来决定俯仰角。图4所示的中间设计地形70中，中间设计面70_1～70_4分别具有不同的俯仰角。该情况下，如图4所示，中间设计地形70为在多处弯折的形状。

图10是表示用于决定中间设计地形70的俯仰角的处理的流程图。控制装置26通过图10所示的处理，来决定比基准位置P0靠前一个的中间设计面70_1的俯仰角。

如图10所示，步骤S301中，控制装置26决定第一上限角度θup1。第一上限角度θup1规定的是中间设计地形70的俯仰角的上限。但是，根据其他的条件，中间设计地形70的俯仰角也可以大于第一上限角度θup1。

如图11所示，第一上限角度θup1是如下的中间设计面70_1的俯仰角，其用于在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次－A1)度时，使其直到距离d10都不高于第一上限高度Hup1。第一上限角度θup1以如下方式决定。

在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次－A1)度时，中间设计面70_1的俯仰角θn用于使前n个中间设计面70_n在第一上限高度Hup1以下，该中间设计面70_1的俯仰角θn由下式5决定。

[式5]

θn＝(Hup1_n－Hm_－1+A1＊(n＊(n－1)/2))/n

Hup1_n是相对于前n个中间设计面70_n的第一上限高度Hup1。Hm_－1是基准位置P0之前一个的中间设计面70_－1的高度。A1是规定的常量。通过公式5，来决定n＝1～10为止的θn，这些θn中的最小值被选择作为第一上限角度θup1。需要说明的是，图11中，n＝1～10为止的θn中的最小值为从基准位置P0起直到距离d2都不高于第一上限高度Hup1的俯仰角θ2。该情况下，θ2被选择为第一上限角度θup1。

但是，在所选择的第一上限角度θup1大于规定的变化上限值θlimit1时，变化上限值θlimit1被选择作为第一上限角度θup1。变化上限值θlimit1是用于将从前一次起的俯仰角的变化限制在+A1以下的阈值。

需要说明的是，本实施方式中，基于从基准位置P0起前10个为止的中间设计面70_1～70_10来决定俯仰角，但俯仰角的运算中使用的中间设计面的数量不限于10个，既可以少于10个，也可以多于10个。

步骤S302中，控制装置26决定第一下限角度θlow1。第一下限角度θlow1规定的是中间设计地形70的俯仰角的下限。但是，根据其他的条件，中间设计地形70的俯仰角也可以小于第一下限角度θlow1。如图12所示，第一下限角度θlow1是如下的中间设计面70_1的俯仰角，其用于在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次+A1)度时，使其直到距离d10都不低于第一下限高度Hlow1。第一下限角度θlow1以如下方式决定。

在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次+A1)度时，前一个俯仰角θn用于使前n个中间设计地形70在第一下限高度Hlow1以上，该前一个俯仰角θn由下式6决定。

[式6]

θn＝(Hlow1_n－Hm_－1－A1＊(n＊(n－1)/2))/n

Hlow1_n是相对于前n个的中间设计面70_n的第一下限高度Hlow1。通过式6，决定n＝1～10为止的θn，这些θn中的最大值被选择作为第一下限角度θlow1。需要说明的是，图12中，n＝1～10为止的θn中的最大值为从基准位置P0起直到距离d3都不超过第一上限高度Hup1的俯仰角θ3。该情况下。θ3被选择作为第一下限角度θlow1。

但是，在所选择的第一下限角度θlow1小于规定的变化下限值θlimit2时，变化下限值θlimit2被选择作为第一下限角度θlow1。变化下限值θlimit2是用于将从前一次起的俯仰角的变化限制在－A1以上的阈值。

步骤S303中，控制装置26决定第二上限角度θup2。第二上限角度θup2规定的是中间设计地形70的俯仰角的上限。第二上限角度θup2是如下的中间设计面70_1的俯仰角，其用于在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次－A1)度时，使其直到距离d10都不高于第二上限高度Hup2。第二上限角度θup2与第一上限角度θup1同样地由下式7决定。

[式7]

θn＝(Hup2_n－Hm_－1+A1＊(n＊(n－1)/2))/n

Hup2_n是相对于前n个中间设计面70_n的第二上限高度Hup2。通过式7，决定n＝1～10为止的θn，这些θn中的最小值被选择作为第二上限角度θup2。

步骤S304中，控制装置26决定第二下限角度θlow2。第二下限角度θlow2规定的是中间设计地形70的俯仰角的下限。第二下限角度θlow2是如下的从基准位置P0起前一个的中间设计地形70的俯仰角，其用于在将中间设计地形70的俯仰角每隔间隔d1设为(前一次+A2)度时，使其直到距离d10都不低于第二下限高度Hlow2。角度A2大于上述角度A1。第二下限角度θlow2与第一下限角度θlow1同样地由下式8决定。

[式8]

θn＝(Hlow2_n－Hm_－1－A2＊(n＊(n－1)/2))/n

Hlow2_n是相对于前n个中间设计面70_n的第二下限高度Hlow2。A2是规定的常量。通过式8，决定n＝1～10为止的θn，这些θn中的最大值被选择作为第二下限角度θlow2。

但是，在所选择的第二下限角度θlow2小于规定的变化下限值θlimit3时，变化下限值θlimit3被选择作为第一下限角度θlow1。变化下限值θlimit3是用于将从前一次起的俯仰角的变化限制在－A2以上的阈值。

步骤S305中，控制装置26决定最短距离角度θs。如图13所示，最短距离角度θs是如下的中间设计地形70的俯仰角：在第一上限高度Hup1与第一下限高度Hlow1之间，中间设计地形70的长度最短。例如，最短距离角度θs由下式9决定。

[式9]

θs＝MAX(θlow1_1，MIN(θup1_1，MAX(θlow1_2，MIN(θup1_2，…MAX(θlow1_n，MIN(θup1_n，…MAX(θlow1_10，MIN(θup1_10，θm_-1)))…)))

如图14所示，θlow1_n是将基准位置P0和前n个(图14中为前四个)第一下限高度Hlow1相连的直线的俯仰角。θup1_n是将基准位置P0和前n个第一上限高度Hup1相连的直线的俯仰角。θm_－1是基准位置P0之前一个中间设计面70_－1的俯仰角。需要说明的是，式9也可以如图15那样来表示。

步骤S306中，控制装置26判定是否满足规定的俯仰角变更条件。俯仰角变更条件是如下条件，其表示倾斜了角度－A1以上的中间设计地形70被形成。即，俯仰角变更条件表示生成平缓地倾斜的中间设计地形70。

详细来说，俯仰角变更条件包括以下的第一～第三变更条件。第一变更条件是最短距离角度θs在角度－A1以上。第二变更条件是最短距离角度θs大于θlow1_1。第三变更条件是θlow1_1在角度－A1以上。在第一～第三变更条件全部被满足时，控制装置26判定为满足俯仰角变更条件。

在未满足俯仰角变更条件时，进至步骤S307。步骤S307中，控制装置26将步骤S306中求出的最短距离角度θs决定为目标俯仰角θt。

在满足俯仰角变更条件时，进至步骤S308。步骤S308中，控制装置26将θlow1_1决定为目标俯仰角θt。θlow1_1是沿着第一下限高度Hlow1的俯仰角。

步骤S309中，控制装置26决定指令俯仰角。控制装置26由下式10来决定指令俯仰角θc。

[式10]

θc＝MAX(θlow2，MIN(θup2，MA(θlow1，MIN(θup1，θt))))

以上述方式决定的指令俯仰角被决定为图7的步骤S206中的中间设计面70_1的俯仰角。由此，决定图5的步骤S105中的中间设计地形70。即，决定与基准位置P0的中间设计地形70的夹角为上述指令俯仰角的中间设计面70_1。

如图5所示，步骤S106中，控制装置26生成向工作装置13的指令信号。这里，控制装置26以工作装置13的刃口末端位置P1沿着经决定的中间设计地形70移动的方式，生成向工作装置13的指令信号。另外，控制装置26以工作装置13的刃口末端位置P1不向上方超过最终设计地形60的方式，生成向工作装置13的指令信号。所生成的指令信号输入控制阀27。由此，控制工作装置13，以使工作装置13的刃口末端位置P1沿着中间设计地形70移动。

图5、图7、及图10中表示的处理被重复执行，控制装置26取得新的当前地形信息而进行更新。例如，控制装置26也可以实时地取得当前地形信息而进行更新。或者，控制装置26也可以在进行了规定动作时取得当前地形信息而进行更新。

控制装置26基于更新后的当前地形信息，决定下一个中间设计地形70，然后，作业车辆1再次前进的同时使工作装置13沿着中间设计地形70而运动，到达规定位置时，后退返回。作业车辆1重复上述动作，由此，将土重复层叠在当前地形50上。由此，当前地形50渐渐隆起，其结果，形成最终设计地形60。

通过以上的处理，决定如图4所示的中间设计地形70。详细来说，按照以下的条件来决定中间设计地形70。

(1)第一条件是使中间设计地形70低于第一上限高度Hup1。通过第一条件，如图4所示，能够以规定距离D1以内的厚度决定当前地形50上层叠的中间设计地形70。由此，如果无其他条件的制约，能够将填土的层叠厚度抑制在D1以内。由此，不需要为了将所填的土夯实而使车辆行走很多次。其结果，能够提升作业效率。

(2)第二条件是使中间设计地形70高于第一下限高度Hlow1。通过第二条件，如果无其他条件的制约，可抑制削去当前地形50。

(3)第三条件是将每个间隔d1的中间设计地形70的俯仰角限制在(前一次－A1)度以内的同时，使中间设计地形70接近第一下限高度Hlow1。根据第三条件，如图4所示，能够将俯仰角向下方的变化dθ抑制在A1度以内。因此，能够防止车身姿态的骤变，能够高速地进行作业。由此，能够提升作业的效率。另外，特别是坡顶附近的中间设计地形70的倾斜角度会变得平缓，能够减小坡顶处的作业车辆1的姿态的变化。

(4)第四条件是使中间设计地形70的俯仰角大于第一下限角度θlow1。根据第四条件，能够将俯仰角向上方的变化dθ抑制在A1度以内。因此，能够防止车身11的姿态的骤变，能够高速地进行作业。由此，能够提升作业的效率。另外，特别是能够使坡脚附近的中间设计地形70的倾斜角度平缓。进一步地，通过俯仰角的变更，能够抑制中间设计地形70低于第一下限高度Hlow1而导致削去当前地形50。

(5)第五条件是在最短距离角度θs大于第一下限角度θlow1时，选择最短距离角度θs作为中间设计地形70的俯仰角。通过第五条件，如图4所所示，每次重复层叠时，都能够减少中间设计地形70的拐点，且能够使中间设计地形70的最大倾斜角度平缓。由此，每次重复层叠时，能够生成渐渐平滑的中间设计地形70。也就是说，每次重复层叠时，以倾斜的中间设计地形70接近直线状的方式，生成中间设计地形70。

(6)第六条件是在满足俯仰角变更条件时，选择沿着第一下限高度Hlow1的θlow1_1作为中间设计地形70的俯仰角。通过第五条件，如图4所示，在当前地形50’中，倾斜角度A1的平滑的倾斜面形成于作业车辆1的跟前后，通过第六条件，能够优先地进行倾斜面的里侧的当前地形50’的填土。

(7)第七条件是以底下土量与保有土量一致的方式，决定底高Hbottom。通过第七条件，控制装置26根据保有土量，使从当前地形50到中间设计地形70的规定距离D1变化。因此，能够根据保有土量，变更填土的层叠厚度。由此，能够减少未用于填土而残留于刮板18的土。

(8)第八条件是使中间设计地形70的俯仰角小于第二上限角度θup2。通过第八条件，如图4所示，能够将最大层叠厚度抑制在D2以下。

需要说明的是，通过使中间设计地形70的俯仰角小于第二上限角度θup2，在当前地形陡峭的情况下，如图4所示，以削去坡顶的方式，决定中间设计面70。

(9)第九条件是使中间设计地形70的俯仰角大于第二下限角度θlow2。即使俯仰角因第八条件而减小，也可通过第九条件，来抑制将当前地形50过度削去。

根据以上说明的本实施方式的作业车辆1的控制系统3，基于位于比最终设计地形60靠下方的中间设计地形70，控制工作装置13。因此，与工作装置13沿着最终设计地形60移动的情况相比，能够将土较薄地填在当前地形50上。由此，能够容易地通过作业车辆1将所填的土夯实，能够提升作业的完工品质。

另外，多个中间设计面70_1～70_10之中，在至少两个以上的中间设计面中，倾斜角度互不相同。从而能够容易生成平缓地倾斜的中间设计地形70。因此，能够抑制作业车辆1的姿态的骤变。由此，能够抑制作业车辆1不必要的减速，能够提升作业的效率。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内，可进行各种变更。

作业车辆不限于推土机，也可以是轮式装载机等其他的车辆。

用于决定中间设计地形的处理不限于上述方式，也可以进行变更。例如，也可以变更或省略上述的第一～第九条件的一部分。或者，也可以增加与第一～第九条件不同的条件。例如，图16是表示第一变形例的中间设计地形70的图。如图16所示，也可以生成沿着当前地形50的层状的中间设计地形70。

上述的实施方式中，当前地形50以从基准位置P0朝前方往下的方式倾斜。但是，当前地形50也可以从基准位置P0朝前方往上的方式倾斜。例如，图17是表示第二变形例的中间设计地形70的图。如图17所示，当前地形50以从基准位置P0朝前方往上的方式倾斜。这种情况下也可以是，如图17所示，控制装置决定位于当前地形50的上方、且位于最终设计地形60的下方的中间设计地形70。由此，可以如下方式自动地控制工作装置13：在当前地形50与最终设计地形60之间，工作装置13的刃口末端在当前地形50上方规定距离D1的位置移动。

控制装置也可以具有相互独立的多个控制装置。例如，如图18所示，控制装置也可以包括：配置于作业车辆1外部的第一控制装置(远程控制装置)261、搭载于作业车辆1上的第二控制装置(车载控制装置)262。第一控制装置261和第二控制装置262也可以经由通信装置38、39而能够以无线的方式通信。并且，也可以是，上述的控制装置26的功能的一部分由第一控制装置261来执行，其余的功能由第二控制装置262来执行。例如，决定假想设计面70的处理也可以由远程控制装置261来执行。即，图5中表示的从步骤S101到S105的处理也可以由第一控制装置261来执行。另外，向工作装置13输出指令信号的处理(步骤S106)也可以由第二控制装置262来执行。

作业车辆也可以是可远程操纵的车辆。该情况下，控制系统的一部分也可以配置于作业车辆的外部。例如，控制装置也可以配置于作业车辆的外部。控制装置也可以配置于离开作业现场的控制中心内。操作装置也可以配置于作业车辆的外部。该情况下，也可以从作业车辆省略驾驶室。或者，也可以省略操作装置。也可以无基于操作装置的操作的方式，仅通过基于控制装置的自动控制，来操作作业车辆。

当前地形取得装置不限于上述的位置检测装置31，也可以是其他的装置。例如，如图19所示，当前地形取得装置也可以是接收来自外部装置的信息的接口装置37。接口装置37也可以通过无线来接收外部的测量装置41测量出的当前地形信息。或者，接口装置37也可以是记录介质的读取装置，经由记录介质接收外部的测量装置41测量出的当前地形信息。

产业上的可利用性

根据本发明，可提供能够通过自动控制来进行高效且完工品质佳的填土作业的作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆

标记说明

1 作业车辆

3 控制系统

13 工作装置

26 控制装置

28 存储装置

31 位置检测装置(当前地形取得装置)

Claims (20)

1.一种作业车辆的控制系统，该作业车辆具有工作装置，其中，具备：

当前地形取得装置，其取得当前地形信息，该当前地形信息表示作业对象的当前地形；

存储装置，其储存设计地形信息，该设计地形信息表示所述作业对象的目标地形即最终设计地形；

控制装置；

所述控制装置构成为：

从所述当前地形取得装置取得所述当前地形信息；

从所述存储装置取得所述设计地形信息；

决定位于比所述当前地形靠上方、且位于比所述最终设计地形靠下方的中间设计地形，且以相比于所述当前地形倾斜变得平缓的方式决定所述中间设计地形；

基于所述中间设计地形，生成使所述工作装置移动的指令信号；

所述中间设计地形包含在所述作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面，

在至少两个以上的中间设计面中，所述中间设计面的倾斜角度互不相同。

2.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其中，

以彼此相邻的所述中间设计面之间的倾斜角度的变化在规定范围内的方式，所述控制装置决定所述中间设计地形。

3.如权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

以所述中间设计面不低于规定的下限位置的方式，所述控制装置决定所述倾斜角度。

4.如权利要求3所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述下限位置的至少一部分与所述当前地形等高。

5.如权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

以所述中间设计面不高于规定的上限位置的方式，所述控制装置决定所述倾斜角度。

6.如权利要求5所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述上限位置位于所述当前地形上方规定距离的位置。

7.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制装置构成为：

通过来自所述当前地形取得装置的所述当前地形信息，更新所述当前地形；

基于更新后的所述当前地形，决定下一所述中间设计地形。

8.如权利要求7所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制装置每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使所述中间设计地形的倾斜平缓。

9.如权利要求7所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制装置每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使多个所述中间设计面接近直线状。

10.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其中，

在所述作业车辆的行进方向上距所述工作装置的作业开始位置越远，所述中间设计面的倾斜角度越大。

11.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制装置具有：

第一控制装置，其配置于所述作业车辆的外部；

第二控制装置，其与所述第一控制装置通信，配置于所述作业车辆的内部；

所述第一控制装置构成为：

从所述当前地形取得装置取得所述当前地形信息；

从所述存储装置取得所述设计地形信息；

所述第二控制装置构成为生成使所述工作装置移动的所述指令信号。

12.一种作业车辆的控制方法，该作业车辆具有工作装置，其中，包括如下步骤：

取得当前地形信息，该当前地形信息表示作业对象的当前地形；

取得设计地形信息，该设计地形信息表示所述作业对象的目标形状即最终设计地形；

决定位于比所述当前地形靠上方、且位于比所述最终设计地形靠下方的中间设计地形，且以相比于所述当前地形倾斜变得平缓的方式决定所述中间设计地形；

基于所述中间设计地形，生成使所述工作装置移动的指令信号；

所述中间设计地形包含在所述作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面，

在至少两个以上的中间设计面中，所述中间设计面的倾斜角度互不相同。

13.如权利要求12所述的作业车辆的控制方法，其中，

以彼此相邻的所述中间设计面之间的倾斜角度的变化在规定范围内的方式，决定所述中间设计地形。

14.如权利要求12所述的作业车辆的控制方法，其中，

通过来自当前地形取得装置的所述当前地形信息，更新所述当前地形，

每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使所述中间设计地形的倾斜平缓。

15.如权利要求14所述的作业车辆的控制方法，其中，

每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使多个所述中间设计面接近直线状。

16.如权利要求12所述的作业车辆的控制方法，其中，

在所述作业车辆的行进方向上距所述工作装置的作业开始位置越远，所述中间设计面的倾斜角度越大。

17.一种作业车辆，其中，具备：

工作装置；

控制装置；

所述控制装置构成为：

取得当前地形信息，该当前地形信息表示作业对象的当前地形；

取得设计地形信息，该设计地形信息表示所述作业对象的目标形状即最终设计地形；

决定位于比所述当前地形靠上方、且位于比所述最终设计地形靠下方的中间设计地形，且以相比于所述当前地形倾斜变得平缓的方式决定所述中间设计地形；

基于所述中间设计地形，生成使所述工作装置移动的指令信号；

所述中间设计地形包含在所述作业车辆的行进方向上分割而成的多个中间设计面，

在至少两个以上的中间设计面中，所述中间设计面的倾斜角度互不相同。

18.如权利要求17所述的作业车辆，其中，

以彼此相邻的所述中间设计面之间的倾斜角度的变化在规定范围内的方式，所述控制装置决定所述中间设计地形。

19.如权利要求17所述的作业车辆，其中，

所述控制装置构成为：

通过来自当前地形取得装置的所述当前地形信息，更新所述当前地形；

每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使所述中间设计地形的倾斜平缓。

20.如权利要求19所述的作业车辆，其中，

所述控制装置每更新所述当前地形时，决定所述中间设计地形，以使多个所述中间设计面接近直线状。

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